BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
-----------------------------------------

Lê Thị Hồng Toan

ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU TỐI ƯU HÓA QUÁ TRÌNH TẨY MÀU
DỊCH CHIẾT CỎ NGỌT

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
Chuyên ngành: KỸ THUẬT HÓA HỌC

HÀ NỘI - 2015


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
----------------------------------------Lê Thị Hồng Toan

ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU TỐI ƯU HÓA QUÁ TRÌNH TẨY MÀU
DỊCH CHIẾT CỎ NGỌT

Chuyên ngành: KỸ THUẬT HÓA HỌC

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC :
PGS.TS. TRẦN TRUNG KIÊN

HÀ NỘI - 2015


Lê Thị Hồng Toan

1


2.2. Quy trình thí nghiệm.................................................................................41

2.2.1.Chuẩn bị mẫu và vật liệu hấp phụ ......................................................41
2.2.2.Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng tới quá trình hấp phụ .......................43
2.2.3.Hoàn nguyên vật liệu hấp phụ ............................................................47
2.3. Xử lý kết quả ..............................................................................................47
PHẦN 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN .............................................................49
3.1. Thông số đặc trưng của vật liệu hấp phụ γ-Al2O3 ..................................49
3.2. Sắc ký đồ và đường chuẩn của Stevioside chuẩn ...................................52
3.3. Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng tới quá trình hấp phụ tẩy màu ...........53

3.3.1.Thí nghiệm khảo sát tỷ lệ Rắn - Lỏng và Kết quả phân tích nồng độ
Stevioside, độ hấp thụ quang trong dung dịch sau hấp phụ ....................................53
3.3.2.Thí nghiệm khảo sát thời gian hấp phụ và Kết quả đo độ hấp thụ
quang trong dung dịch sau hấp phụ .........................................................................58
3.3.3.Thí nghiệm khảo sát nhiệt độ hấp phụ và Kết quả phân tích nồng độ
Stevioside, độ hấp thụ quang trong dung dịch sau hấp phụ ....................................59
3.3.4.Thí nghiệm khảo sát tốc độ khuấy và Kết quả đo độ hấp thụ quang
trong dung dịch sau hấp phụ ....................................................................................62
3.3.5.Thí nghiệm khảo sát pH và Kết quả phân tích nồng độ Stevioside, độ
hấp thụ quang trong dung dịch sau hấp phụ ............................................................63
3.4. Nghiên cứu tối ưu quá trình hấp phụ tẩy màu .......................................65

3.4.1.Kế hoạch thực nghiệm bậc một hai mức tối ưu. .................................65
3.4.2.Kiểm tra tính tương hợp của phương trình hồi quy và thực nghiệm. .68


Hà Nội, ngày 15 tháng 09 năm 2015
Tác giả luận văn

LÊ THỊ HỒNG TOAN

Lê Thị Hồng Toan

4


LỜI CẢM ƠN
Trong suốt quá trình thực hiện luận văn tốt nghiệp này, tôi đã nhận được sự
giúp đỡ, động viên của thầy cô, bạn bè và gia đình.
Tôi xin gửi lời biết ơn chân thành tới PGS.TS Trần Trung Kiên, người đã
hướng dẫn tôi rất nhiều trong quá trình thực hiện luận văn. Xin cảm ơn các thầy cô và
các cán bộ ở phòng thí nghiệm Hóa hữu cơ, Phòng thí nghi ệm Hóa phân tích, Phòng
thí nghiệm Trung tâm Nghiên cứu và Phát triển hợp chất thiên nhiên – Trường Đại học
Bách Khoa Hà Nội. Đồng thời, tôi xin gửi lời cảm ơn tới các thầy cô của Bộ môn Quá
trình và Thiết bị công nghệ hóa học – Viện Kỹ thuật Hóa học – Trường Đại học Bách
khoa Hà Nội đã giúp đ ỡ, góp ý để tôi hoàn thiện luận văn. Ngoài ra, tôi cũng xin gửi
lời cảm ơn tới gia đình, bạn bè, đồng nghiệp đã trao đổi và giúp đỡ giải quyết những
vướng mắc trong quá trình thực hiện.

Lê Thị Hồng Toan

5


DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT


Vật liệu hấp phụ γ-Al2O3 có kích thước hạt > 1.25 mm

Mi

Mẫu khảo sát sử dụng γ-Al2O3 có kích thước hạt 0.15-0.5 mm

Li

Mẫu khảo sát sử dụng γ-Al2O3 có kích thước hạt 0.5-1.25 mm

Gi

Mẫu khảo sát sử dụng γ-Al2O3 có kích thước hạt > 1.25 mm

Lê Thị Hồng Toan

6


DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU
Bảng 1.1: Thành phần chung của lá cây cỏ ngọt .... ...................................................14
Bảng 1.2: Thành phần khoáng chất trong lá cỏ ngọt....................................................15
Bảng 1.3: Các nhóm chức cụ thể đối với từng hợp chất...............................................16
Bảng 1.4: Thành phần acid amin của cỏ ngọt...............................................................17
Bảng 1.5: Thành phần chất màu của cỏ ngọt................................................................17
Bảng 2.1: Thống kê tên mẫu khảo sát tỷ lệ rắn lỏng.....................................................43
Bảng 2.2: Khảo sự thay đổi hàm lượng Stevioside sau hấp phụ .................................44
Bảng 2.3: Khảo sát ảnh hưởng của thời gian tới quá trình hấp phụ.............................45
Bảng 2.4: Khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ tới quá trình hấp phụ..............................45


Lê Thị Hồng Toan

8


DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ
Hình 1.1: Cây cỏ ngọt và các bộ phận chính.................................................................14
Hình 1.2: Cấu trúc chung của Stevioside và các hợp chất............................................15
Hình 1.3: Cấu trúc hóa học Stevioside..........................................................................18
Hình 1.4: Tính bền nhiệt và sự phân hủy của Stevioside rắn.......................................19
Hình 1.5: Tính bền của Stevioside trong các điều kiện pH, nhiệt độ, thời gian.........20
Hình 1.6: Sự ổn định của Stevioside trong các dung dịch acid (10 g/l), thời gian
lưu trữ 4 tháng, nhiệt độ phòng (25oC ± 2)....... .........................................20
Hình 1.7: Sơ đồ khối quá trình tinh chế dịch chiết cỏ ngọt dung môi ethanol...........22
Hình 1.8: Sơ đồ khối quá trình tinh chế dịch chiết cỏ ngọt dung môi nước.................23
Hình 1.9: Cấu trúc khối của γ-Al2O3 .............................................................................27
Hình 1.10: Hai lớp đầu tiên của tinh thể γ-Al2O3 .........................................................27
Hình 2.1: Các đại lượng trong biểu thức Lamber - Beer..............................................39
Hình 2.2: Phổ hấp thụ của một chất đối với ánh sáng .................................................39
Hình 2.3: Sơ đồ khối công đoạn chuẩn bị mẫu thí nghiệm ..........................................41
Hình 2.4: Sơ đồ khối tổng hợp γ-Al2O3 tại phòng thí nghiệm bộ môn Hóa hữu cơ ..42
Hình 2.5: Đường đẳng nhiệt hấp phụ và nhả hấp phụ Nitrogen (nhiệt độ -195.850°C)
của hạt γ-Al2O3 ............................................................................................49
Hình 2.6: Đồ thị phân bố kích thước mao quản theo thể tích lỗ xốp
Hình 2.7: Phân bố diện tích mao quản theo diện tích bề mặt

........................50

...................................51


PHẦN MỞ ĐẦU
Ngày nay, với sự phát triểu không ngừng của khoa học kỹ thuật con người đã
chuyển từ lao động cơ bắp sang lao động trí óc. Từ đó, chúng ta ngồi nhiều hơn, ít vận
động làm tăng nguy cơ mắc nhiều bệnh như béo phì, tiểu đường, tim mạch. Nguyên
nhân chính của điều này là do chúng ta thừa năng lượng. Như chúng ta đã bi ết vị “
ngọt” là một vị không thể thiếu trong cuộc sống. Các chất tạo ngọt mà con người đang
sử dụng được sản xuất chủ yếu là từ đường saccharose (đường mía), fructose (đường
mật ong)… các loại đường này sẽ tạo năng lượng khi cơ thể hấp thụ. Sử dụng nhiều sẽ
dẫn đến dư thừa, cơ thể hấp thu không hoàn toàn được hết năng lượng, từ đó gây ra
các căn bệnh như trên và một số bệnh lây truyền khác. Ngày 05/03/2014, Tổ chức Y
tế thế giới (WHO) đã thay đ ổi khuyến nghị và đề nghị giảm một nửa mức tiêu thụ
đường cho phép, mỗi người trưởng thành có chỉ số phát triển cơ thể (BMI) bình
thường không nên sử dụng quá 6 thìa cà phê đường mỗi ngày trong thực phẩm hay sử
dụng các sản phẩm có chứa nhiều đường (mật ong, nước ngọt, soda…). Với những
người mắc các bệnh liên quan thì lư ợng đường được phép sử dụng còn ít hơn nhi ều.
Để giải quyết vấn đề thêm vị ngọt vào thực phẩm mà không làm tăng năng lượng
cung cấp cũng như đảm bảo chế độ dinh dưỡng phù hợp cho từng cơ thể, phải tìm
kiếm các chất tạo ngọt thay thế cho các loại đường chứa năng lượng hiện nay. Việc
làm này đi theo hai con đường chính. Một là tổng hợp nhân tạo, tuy nhiên sau một thời
gian nghiên cứu cũng như th ực tế sử dụng đã chứng minh các chất tạo ngọt loại này
tiềm ẩn nguy cơ ung thư cao. Vì vậy, hướng thứ hai và cũng là hướng đi chính hiện
nay tập trung nghiên cứu quá trình chiết tách các hợp chất có sẵn trong thiên nhiên để
hạn chế các tác động xấu lên cơ thể. Một trong những chất tạo ngọt theo hướng này đó
là đường Stevioside chiết xuất từ lá cây Stevia (cỏ ngọt).
Nằm trong dự án “Hoàn thiện quy trình công nghệ sản xuất một số sản phẩm
thực phẩm chức năng chứa hoạt chất Stevioside có tác dụng hỗ trợ bệnh nhân tiểu
đường từ cây cỏ ngọt Việt Nam” của Bộ GD-ĐT và kế thừa của các nghiên cứu trước,
luận văn này tập trung nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng tới quá trình hấp phụ tạp chất
trong dịch chiết cỏ ngọt sử dụng vật liệu hấp phụ γ-Al2O3 để tinh chế Stevioside nhằm

rộng rãi ở Nhật Bản, Trung Quốc, Đài Loan, Hàn Quốc và nhiều nước Đông Nam Á.
Tại Việt Nam, từ năm 1988, cỏ ngọt đã đư ợc nhập và trồng ở nhiều vùng như Hà
Giang, Cao Bằng, Hà Tây, Lâm Đồng...
- Sử dụng: Nhiều nước trên thế giới đã phát triển việc dùng loại cây này trong đời
sống. Cỏ ngọt được dùng như một loại trà dành cho những người bị bệnh tiểu đường,
béo phì hoặc cao huyết áp. Một thí nghiệm được tiến hành trên 40 bệnh nhân cao
huyết áp độ tuổi 50 cho thấy loại trà này có tác dụng lợi tiểu, người bệnh thấy dễ chịu,
ít đau đầu, huyết áp tương đối ổn định. Trong công nghiệp thực phẩm, cỏ ngọt được
dùng để pha chế làm tăng độ ngọt mà không làm tăng năng lượng của thực phẩm.
Ngoài ra, loại cây này còn đư ợc dùng trong chế biến mỹ phẩm như sữa làm mượt tóc,
kem làm mềm da. Nó vừa có tác dụng nuôi dưỡng tất cả các mô, tái tạo làn da mới vừa
chống nhiễm khuẩn, trừ nấm.
- Đặc điểm: Là một loại cây thân thảo sống lâu năm, cao 0,5-1 m. Thân cứng mọc
thẳng, có rãnh dọc, cành non và lá phủ nhiều lông trắng mịn, ít phân nhánh. Lá mọc
đối, hình mũi mác hoặc hình bầu dục, gốc thuôn, đầu tù hoặc hơi nhọn, dài 50-70 mm,
rộng 10-15 mm, có 3 gân chính xuất phát từ cuống lá, mép có răng cưa ở phân nửa
phần trên, hai mặt có lông trắng mịn, cuống lá rất ngắn. Cụm hoa hình đầu, mỗi tổng
bao có chứa 5 hoa nhỏ, tràng hình ống, màu trắng ngà, có 5 cánh nhỏ. Hoa dài 10-12
mm, có mùi thơm nhẹ. Toàn thân cây có vị ngọt, ngọt nhất ở lá, có vị ngọt đậm, vị
ngọt này chậm hơn nhưng kéo dài hơn so với đường. Quả bế, không có mào lông, hạt
Lê Thị Hồng Toan

13


không có hột nhũ. Cỏ ngọt sinh sản hữu tính qua gieo hạt, vô tính qua giâm cành, là
cây ưa ẩm, ưa sáng nhưng sợ úng, chết khi ngập nước. Mùa hoa từ tháng 5 đến tháng
9.

Hình 1.1: Cây cỏ ngọt và các bộ phận chính


Đường không khử

9,77

Tổng số carbohydrates hòa tan

Lê Thị Hồng Toan

15,65

14


Thành phần khoáng chất:
Bảng 1.2: Thành phần khoáng chất trong lá cỏ ngọt
Hàm lượng
Khoáng vĩ mô

(mg/100g)

Khoáng vi lượng

Hàm lượng
(mg/100g)

K

21,15



Hình 1.2: Cấu trúc chung của Stevioside và các hợp chất

Lê Thị Hồng Toan

15


Bảng 1.3: Các nhóm chức cụ thể đối với từng hợp chất
STT Tên hợp chất

R1

R2

1

Steviol

H

H

2

Steviolbioside

H

β-Glc-β-Glc(2→1)


Rebaudioside C
(Dulcoside B)

β-Glc

7

Rebaudioside D

β-Glc-β-Glc(2→1)

8

Rebaudioside E

β-Glc-β-Glc(2→1)

β-Glc-β-Glc(2→1)

β-Glc-α-Rha(2→1)
|
β-Glc(3→1)
β-Glc-β-Glc(2→1)
|
β-Glc(3→1)

9

Rebaudioside F


Amino acid không thiết yếu

Hàm lượng
(g/100g)

Tên

Tên

Hàm lượng
(g/100g)

Lá stevioside

FAO/WHO

Lá stevioside

Arginin

0,45

0,35

Aspartate

0,37

Lysine


0,98

0,66

Glycine

0,25

Methionine

1,45

0,25

Alanine

0,56

Valine

0,64

0,35

Cystine

0,40

Therionine


Nồng độ
mg/100g

Nồng độ
mg/100g

Chlorophyll A

77,40

40,71

Chlorophyll B

46,39

27,22

Carotenoids

30,50

7,67

Tổng

154,29

75,60


18


- Khối lượng phân tử: 804,87.
- Thành phần các nguyên tố: C 56,71%; H 7,51%; O 35,78%.
- Tính chất lý hóa: [2-278]
Tính bền của Stevioside rắn tại các nhiệt độ:

Hình 1.4: Tính bền nhiệt và sự phân hủy của Stevioside rắn
Thí nghiệm với 50mg bột stevioside trong máy gia nhiệt với khoảng nhiệt độ 40200oC, thời gian 1 giờ với mỗi nhiệt độ, cho thấy stevioside ít bị phân hủy với nhiệt độ
thấp hơn 120oC, đến nhiệt độ 140oC bắt đầu thấy sự phân hủy nhiệt và tại 200oC thì bị
phân hủy hoàn toàn. Vì vậy, các quá trình tách, tinh chế và sử dụng Stevioside cần lưu
ý nhiệt độ không được vượt quá 120oC.

Lê Thị Hồng Toan

19


+ Tính bền của Stevioside ở các pH và nhiệt độ khác nhau:

Hình 1.5: Tính bền của Stevioside trong các điều kiện pH, nhiệt độ, thời gian
Thí nghiệm với các mẫu dung dịch Stevioside (nồng độ 0,5 g/l) trong khoảng pH
2 - 10, thời gian 2 giờ, tại nhiệt độ 60oC cho thấy nồng độ Stevioside trong dung dịch
giảm không đáng kể. Tại 80oC có sự giảm nhẹ (dưới 5% trong 2 giờ). Trong điều kiện
acid mạnh (pH = 1,0) nồng độ Stevioside giảm đáng kể, nếu giữ nhiệt trong 2 giờ thì
Stevioside bị phân hủy hoàn toàn.
Sự ổn định của Stevioside trong môi trường acid hữu cơ:


Trích ly
Ethanol

Ete dầu
hỏa

Cô quay
chân không
Tách acid
amin

Ete dầu
hỏa

Chưng cất
n-butanol

Trích ly

Tẩy màu
Than hoạt
tính

Than

Lọc
Cô quay
chân không

n-butanol

- Tinh chế bằng nước (Thực hiện tại phòng thí nghiệm Thủy lực và Thủy cơ, bộ
môn Quá trình - Thiết bị CNHH và Thực phẩm)

Chất hấp
phụ

Ca(OH)2

Cỏ ngọt
khô
Lọc

Trích ly
Nước
cất

Tẩy màu

Kết tủa

Bã

Kết tinh

Bột stevioside

Tách
acid
amin